プラズマ中および大気中の電界のレーザー分光法による計測法の極限的性能の発揮

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12480122
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村岡 克紀 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (80038546)
• 研究分担者: 内野 喜一郎 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (10160285) ; 前田 三男 九州大学, 大学院・システム情報・科学研究院, 教授 (80037910)
• キーワード: プラズマ / 電界 / レーザー分光法 / シュタルク効果 / 二段階レーザー励起

研究概要

本研究は、プラズマおよび気体中の電界計測の極限的な可能性を探ることを目的として、実験と考察を進めた。すなわち、グロー放電プラズマでの電界測定を、従来行われてきたH、Heに加えて、Arやその他各種原子・分子に適用する方法を明確にすること、また大気中の電界計測についての可能性を追求することである。得られた結果は次の通りである。
(1)Ar原子のシュタルク効果について理論的、実験的に初めて詳しい研究を行い成果を得た。すなわち、電界に敏成なリュドベリ準位を明確にし、またそのシュタルクシフト量を電界と関連づける較正カーブを求めた(11項の第2論文)。
(2)レーザー励起の偏光特性を観測することにより、電界方向も計測し得ることを示した(11項の第3論文)。
(3)二段階レーザー励起法の限界、適用粒子種について検討した。その結果、第一段階レーザー励起遷移として衝突遷移の代わりを行わせることについて、He、Ar原子について原理的可能性が実証された。これにより、二段階レーザー励起法の原理的可能性が開けた。
(4)雷雲下の電界や大気中バリヤ放電など、大気中の電界計測を目指して、技術的にキーとなるAr原子の三光子励起法について探求した。その結果、励起に有効なレベルを明らかにし、今後の研究の礎を築いた。
今後は、(1)(2)の成果を基に、各条件下での電界を求めることができる。その際、技術的には(3)を加味し、また状況によっては(4)を適用する。

研究成果

• [文献書誌] M.Bowden, V.Gavrilenko, 幾竹択弥, J.Kim, 村岡克紀: "Measurements of Electric Fields in a Discharge Plasma Using Laser Optogalvanic Detection of the Stark Effect of Argon Atoms"Contributions to Plasma Physics. 40. 113-119 (2000)
• [文献書誌] V.P.Gavrilenko, H.J.Kim, 幾竹択弥, J.B.Kim, Y.W.Choi, .M.D.Bowden, 村岡克紀: "Measurement method for electric fields based on Stark spectoroscopy of argon atoms"Physical Review E. 62. 7201-7208 (2000)
• [文献書誌] V.P.Gavrilenko, H.J.Kim, 幾竹拓弥, J.B.Kim, M.D.Bowden, 村岡克紀: "Method to measure the electric field vector in an argon glow discharge using laser polarization spectroscopy"Physical Review E. 63. 047401-1-047401-4 (2001)